Исследователи из Университета штата Северная Каролина продемонстрировали миниатюрные мягкие гидравлические приводы, которые двигают роботами толщиной менее миллиметра. Схема работает благодаря памяти формы. Так, мягким роботам можно было многократно придавать желаемый изгиб и возвращаться к исходной позиции.

Автор статьи о научной работе, профессор Цзе Инь сказал, что мягкая робототехника как таковая перспективна, однако сложно спроектировать приводы, которые управляют движением подобных роботов миниатюрного масштаба.

При новом подходе использовали уже доступные технологии 3D-печати из нескольких материалов и полимеры с памятью формы. В результате удалось создать мягкие приводы, которые позволяют управлять очень маленькими мягкими роботами с исключительной способностью к деликатному контролю.

Новая технология основана на двуслойности роботов. Первый слой — гибкий полимер, распечатанный на 3D-принтере. В его структуре — микрофлюидные каналы, то есть очень маленькие трубочки, пронизывающие материал. Второй слой представляет собой гибкий полимер с памятью формы. В целом толщина мягкого робота составляет всего 0,8 мм.

Путём закачки жидкости в микрофлюидные каналы создаётся гидравлическое давление, которое заставляет мягкого робота изменять форму. Структура микроканалов управляет движениями мягкого робота, будь то изгиб, скручивание и так далее. Кроме того, количество внутренней жидкости и то, как быстро она вводится, определяет скорость движения мягкого робота и степень усилия, прилагаемого манипулятором.

Если нужно, чтобы мягкий робот «замер», его можно нагреть до 64 °C, а затем дать чуть остыть. Это предотвращает возврат к первоначальной форме даже после откачки жидкости из микроканалов. А если пользователю понадобится вернуть мягкому роботу первоначальную форму, манипулятор достаточно снова нагреть после откачки жидкости, и исходная конфигурация восстановится.

Ключевые нюансы изобретения — точная толщина слоя с памятью формы относительно слоя, содержащего микрофлюидные каналы, объяснил Йиндинг Чи, соавтор исследования. Слой с памятью формы должен быть достаточно тонким, чтобы изгибаться под давлением привода, но достаточно толстым, чтобы мягкий робот сохранял свою форму даже после отключения гидравлического воздействия.

Чтобы продемонстрировать технику, исследователи изготовили захват, способный поднимать небольшие предметы. Задействовав гидравлику, они заставили манипулятор захватить объект. Применив тепло, исследователи смогли зафиксировать захват в нужном положении, даже сняв давление с гидравлического привода. Затем захват можно было перемещать вместе с объектом. После, включив нагрев, захват высвобождал объект.

Поскольку мягкие роботы очень тонкие, их можно быстро и легко нагревать до 64 °C с помощью небольшого источника инфракрасного света. И они также очень быстро охлаждаются, прокомментировал соавтор изобретения Хайтао Цин. Таким образом, вся эта череда операций занимает около двух минут.

Цин уточнил, что движения манипулятора необязательно должны быть захватом, который зажимает, будто пинцетом. Например, захват может быть похож на плетущийся спиралью усик виноградной лозы. Такая модификация быстро и плотно обвивает нужный предмет.

Исследователи утверждают, что созданная ими концепция робототехники достаточно перспективна для малогабаритных мягких роботов, в механизмах с изменением формы и для биомедицинской инженерии.